专利名称：盘形凸轮轮廓检测方法
技术领域：
本发明涉及一种盘形凸轮轮廓检测方法。
背景技术：
凸轮机构是主要由凸轮、从动件和机架组成的传动机构。凸轮按照形式的不同通常分为盘形凸轮、移动凸轮和圆柱凸轮三种。盘形凸轮又分为盘形内凸轮和盘形外凸轮，因为盘形内凸轮很少被采用，故通常所称的盘形凸轮均指盘形外凸轮。按照从动件的运动轨迹的不同，凸轮又分为平面凸轮和空间凸轮。平面凸轮是指凸轮运动平面与从动件的运动平面互相平行或重合，盘形凸轮和移动凸轮均属于平面凸轮，而空间凸轮是指从动件的运动轨迹为空间曲线，圆柱凸轮属于空间凸轮。凸轮按照外部约束形态的不同又可分为沟槽凸轮、凸缘凸轮、等幅凸轮和共轭凸轮。共轭凸轮通常指相互固结的一对盘形凸轮(也即双盘形凸轮)。该对凸轮的各自的轮廓(也即凸轮的周向外侧表面)分别与同一从动件上相应的运动副元素相接触。共轭凸轮的2个凸轮按一定位置固装在同一轴上，使这两个凸轮各自分别在推程和回程时保持共轭性，进而保证双盘形凸轮与从动件锁合。按照从动件的不同的运动形式，双盘形凸轮又分为摆动从动杆共轭凸轮和直动从动杆共轭凸轮。共轭凸轮的第二种形式是:在同一个环状的盘形凸轮上，设置2个盘形轮廓部位，也即在凸轮的周向内侧表面和周向外侧表面各设有相应的一个凸轮轮廓部位(简称为内外轮廓)，并且内外轮廓的形状相似，由于这种共轭凸轮的从动件的运动平面与凸轮运动平面互相平行或重合，故可称为平面共轭凸轮，平面共轭凸轮也可归纳为一种特殊的盘形凸轮。平面共轭凸轮可以广泛应用于各种自动化机械中，如纺织经编机、印刷机等，其中纺织经编机上钩针凸轮就是上述定义的平面共轭凸轮。平面共轭凸轮轮廓磨削属于非圆磨削，轮廓曲线复杂而且内外轮廓尺寸还要保证尺寸共轭一致性，从而磨削加工与检测难度均较大。现有技术对平面共轭凸轮轮廓进行磨削加工的设备主要采用数控加工中心或者专用磨削机床，磨削加工中，还需要对平面共轭凸轮的内外轮廓和加工误差进行检测、对内外轮廓磨削余量以及磨削进给量进行确定等，上述的检测多采用人工在线操作方式或者采用离线检测方式，检测精度不高。中国专利文献CN102147238B (专利申请号 201110051991.2)、CN102175181B (专利申请号 201110051993.1)、CN102122144B (专利申请号 201110051996.5)和 CN102200762B(专利申请号201110096390.3)分别公开了一种“凸轮轮廓检测装置”、“凸轮轮廓检测装置的检测方法”、“用于凸轮轮廓检测的数控系统”和“凸轮轮廓检测用数控系统”。所述的这四种检测装置或检测系统所述的检测的对象都是盘形外凸轮外轮廓，其工作时均为点检测(也即在盘形外凸轮外轮廓的轴向上只采集某一固定点的数据)，测量精度较低。中国专利文献CN201195276Y (专利申请号200820034576.X)公开了一种“在线测试数控凸轮磨床”。该文献所述的磨床是一种在对凸轮进行磨削加工的同时还可同步对凸轮进行在线测试的磨床。该文献中所涉及的凸轮按照其附图所示，应该为平面盘形凸轮，所以其进行的测量和加工也只是实施在盘形凸轮的轮廓(也即周向外侧)上。该文献的测试虽然是在线自动测试，但是，其工作时也属于点检测，测量精度仍较低。中国专利文献CN101434053B (专利申请号 20081020397.4)和 CN101561250B (专利申请号200910052043.3)分别公开了一种“凸轮非圆磨削的自动定位及在线测量方法和装置”和“大尺寸凸轮非圆磨削智能寻位及在线测量方法”，所述第一篇其在线测量属于接触式测量，测量精度低，接触测量过程中可能造成加工后的凸轮表面受到损伤，而且测量头易磨损。第二篇文献其在线测量属于激光图像测量，检测装置复杂，制造维护成本较高。上述的2种凸轮轮廓磨削装置和检测方法都只用于平面盘形凸轮外轮廓。中国专利文献CN102589469A (申请号为201210026457.0)公开了一种“平面共轭凸轮轮廓检测装置及其控制方法”。该文献所涉及的平面共轭凸轮的检测装置虽然可以对平面共轭凸轮的内外轮廓同时进行测量，但其属于接触式测量，测量精度还有待于进一步提高。
发明内容
本发明的目的是提出一种检测精确度和效率较高的盘形凸轮轮廓检测方法。实现本发明目的的技术方案是:一种盘形凸轮轮廓检测方法，由凸轮加工检测设备对盘形凸轮的轮廓进行检测，所述的盘形凸轮为盘形外凸轮。其特点是:所述的凸轮加工检测设备包括控制系统、机身、设置在机身上的可沿X轴Y轴运动的工作台机构、固定设置在工作台机构上的凸轮旋转机构和固定设置在机身上的检测磨削装置。所述控制系统控制工作台机构、凸轮旋转机构和检测磨削装置的动作。检测磨削装置包括磨削机构和在线检测装置。在线检测装置包括凸轮外轮廓在线检测装置。凸轮外轮廓在线检测装置包括第一激光测量头、第一直线电机和第一直线电机驱动器。第一直线电机由其定子固定设置在磨削机构上。第一激光测量头通过第一连接测量杆固定设置在第一直线电机的动子上，由控制系统通过第一直线电机驱动器控制第一直线电机的动子带动第一激光测量头进行X向移动测量盘形外凸轮的外轮廓尺寸。第一激光测量头与磨削机构的砂轮磨头的轴线相互平行。
第一激光测量头与砂轮磨头的轴线的基准间距为Lw，在所述盘形外凸轮的旋转角度为Θ i时，盘形外凸轮的安装轴线与砂轮磨头的轴线的间距为lui，盘形外凸轮端面与磨削工作台Y轴线的间距为Ivi，在线测量的盘形外凸轮的外轮廓与第一激光测量头的间距测
量值为Ili,0° ( Θ j ^ 360°，Θ i=360/n, i=l, 2, 3......，η。η为盘形外凸轮旋转一周的
过程中同时检测91和111测量值的次数。上述凸轮加工检测设备的盘形外凸轮轮廓检测方法具有以下步骤:①、由检测磨削装置的在线检测装置对盘形外凸轮外轮廓尺寸在线测量。第一激光测量头的初始位置在X轴方向其直线电机定子X1处。使盘形外凸轮旋转I周以每个Qi角度均分做“间歇旋转”运动，间歇旋转周期tl，在每个间歇旋转周期，第一激光测量头同时在盘形外凸轮的轴向轮廓线上做快速往复运动进行测量。第一激光测量头的往复直线运动的速度为3000毫米/分至10000毫米/分。第一激光测量头在盘形外凸轮的轴向轮廓线上测量一次的时间为t3。所述间歇旋转周期tl ^ t3。②、测量时以盘形外凸轮任意位置Θ i为测量零点，测量使盘形外凸轮旋转I周以每个Θ i角度均分做旋转运动，在每个凸轮旋转过程，第一激光测量头在盘形外凸轮的轴向轮廓线上做快速往复运动进行测量。第一激光测量头测得此Qi位置的I组Ibd轴向外轮廓线数据，其中j为激光测量头在轴向轮廓线的采样次数，通过对每组数据“去极值”和“平均值”数据滤波最终得出该Qi位置的1Π。通过上述方法测得盘形外凸轮外轮廓的每个Θ i角度位置的Ili,以及盘形外凸轮的安装轴线与砂轮磨头轴线的间距坐标Iui，可计算得出盘形外凸轮的外轮廓极坐标径向尺寸P1(Gi)=Iui+Lw-11P将所述的P1(Gi)与要加工的盘形外凸轮的外轮廓极坐标径向尺寸P 1=p ( Θ )相比较，得出加工误差和加工余量。以上述技术方案为基础的技术方案是:所述步骤①中的第一激光测量头在盘形外凸轮的轴向轮廓线上测量一次的时间t3为0.12秒至2秒。实现本发明目的的另一技术方案是:一种盘形凸轮轮廓检测方法，由凸轮加工检测设备对盘形凸轮的轮廓进行检测，所述的盘形凸轮为平面共轭凸轮。其特征在于:所述的凸轮加工检测设备包括控制系统、机身、设置在机身上的可沿X轴Y轴运动的工作台机构、固定设置在工作台机构上的凸轮旋转机构和固定设置在机身上的检测磨削装置。所述控制系统控制工作台机构、凸轮旋转机构和检测磨削装置的动作。检测磨削装置包括磨削机构和在线检测装置。磨削机构包括砂轮磨头。在线检测装置包括凸轮外轮廓在线检测装置和凸轮内轮廓在线检测装置。凸轮外轮廓在线检测装置包括第一激光测量头、第一直线电机和第一直线电机驱动器。第一直线电机由其定子固定设置在磨削机构上。第一激光测量头通过第一连接测量杆固定设置在第一直线电机的动子上，由控制系统通过第一直线电机驱动器控制第一直线电机的动子带动第一激光测量头进行X向移动测量平面共轭凸轮的外轮廓尺寸。凸轮内轮廓在线检测装置包括第二激光测量头、第二直线电机和第二直线电机驱动器。第二直线电机由其定子固定设置在磨削机构的上。第二激光测量头通过第二连接测量杆固定设置在第二直线电机的动子上，由控制系统通过第二直线电机驱动器控制第二直线电机的动子带动第二激光测量头进行X向移动测量平面共轭凸轮的内轮廓尺寸。第一激光测量头、第二激光测量头与磨削机构的砂轮磨头处于同一 X-Y平面上，且三者的轴线相互平行，并且平面共轭凸轮的轴线位于X-Y平面上。第一激光测量头与砂轮磨头的轴线的基准间距为Lw，第二激光测量头与砂轮磨头的轴线的基准间距为Ls，在所述平面共轭凸轮的旋转角度为Θ i时，平面共轭凸轮的安装轴线与砂轮磨头的轴线的间距为Iui，平面共轭凸轮端面与磨削工作台Y轴线的间距为lvi，在线测量的平面共轭凸轮的外轮廓与第一激光测量头的间距测量值为Ili，在线测量的平面共轭凸轮内轮廓与第二激光测量头的间距测量值为l2i，0° ( QiSsecr，θ i=360/n,
i=l，2，3......，n。n为平面共轭凸轮旋转一周的过程中同时检测Θ ” Ili和I2i测量值的次数。上述凸轮加工检测设备的平面共轭凸轮轮廓检测方法具有以下步骤:①、第一激光测量头与第二激光测量头的初始位置在X轴方向各自直线电机定子X1处，并且使第一激光测量头与第二激光测量头处于同一沿前后向设置的铅垂面上。通过工作台机构沿X轴Y轴运动带动凸轮旋转机构使待加工的平面共轭凸轮进入测量位置lui>Ls, Ivi=Xi 且 lvi〈x2 进行测量。由检测磨削装置的在线检测装置对平面共轭凸轮内外轮廓尺寸在线测量。使平面共轭凸轮旋转I周以每个Θ i角度均分做“间歇旋转”运动，间歇旋转周期tl，在每个间歇旋转周期，第一激光测量头与第二激光测量头分别也可同时在平面共轭凸轮的轴向轮廓线上做快速往复运动进行測量。第一激光测量头与第二激光测量头分别在平面共轭凸轮的轴向内外轮廓线上做快速往复运动进行測量。第一激光测量头与第二激光测量头的往复直线运动的速度为3000毫米/分至10000毫米/分。第一激光测量头与第二激光测量头在平面共轭凸轮的轴向轮廓线上测量一次的时间均为t2。所述间歇旋转周期tl ^ t2。②、測量时以平面共轭凸轮任意位置e i为测量零点，測量使平面共轭凸轮旋转I周以每个e,角度均分做旋转运动，在每个凸轮旋转过程，第一激光测量头与第二激光测量头分别在平面共轭凸轮的轴向轮廓线上做快速往复运动进行測量。第一激光测量头测得此e i位置的I组Iw轴向外轮廓线数据，第二激光测量头测得此e i位置的I组12 _轴向内轮廓线数据，其中j为激光測量头在轴向轮廓线的采样次数，通过对每组数据“去极值”和“平均值”数据滤波最終得出该e i位置的Ili和l2i。通过上述方法测得平面共轭凸轮外轮廓和内轮廓的每个e i角度位置的Ili和I2i,以及平面共轭凸轮的安装轴线与砂轮磨头轴线的间距坐标Iui，可计算得出平面共轭凸轮的外轮廓极坐标径向尺寸P1(Gi)=IuJLw-11P平面共轭凸轮的内轮廓极坐标径向尺寸P2( 0 D=Iu1-LJl2iO将所述的P J 0 D和P2( 0 J与要加工的平面共轭凸轮的外内轮廓极坐标径向尺寸P fP ( 0 )和P 2=P ( 0 )相比较,得出加工误差和加工余量。以上述技术方案 为基础的技术方案是:所述步骤①中的第一激光测量头与第二激光测量头在平面共轭凸轮的轴向轮廓线上测量一次的时间t2为0.12秒至2秒。本发明具有积极的效果:(I)、本发明的盘形凸轮轮廓检测方法能适应不同的盘形凸轮轮廓的检测，尤其可以用于平面共轭凸轮的内外轮廓的检测，应用范围广。(2)、用于本发明的盘形凸轮轮廓检测方法的在线检测装置设置在相应的凸轮加エ检测设备上，检测时不需要将盘形凸轮从凸轮加工检测设备的上卸下即可完成在线检测，检测的数据可直接为下一歩加工提供依据，极大的提高了工作效率。(3)、本发明的平面共轭凸轮轮廓检测方法，先可由人工将平面共轭凸轮安装固定在凸轮旋转机构上，再由相应的在线检测装置对平面共轭凸轮的内外轮廓依次或同时进行初始的在线检测，或者对内外轮廓的ー个轮廓进行初始的在线检測。检测时不需要将平面共轭凸轮从凸轮加工检测设备的凸轮旋转机构上卸下即可完成检测，极大的提高了工作效率，而且能充分保证平面共轭凸轮内外轮廓尺寸的共轭性，同时也有效地提高了測量精度以及加工精度和表面粗糙度等级。(4)、本发明采用“激光扫描线测”的方法来測量平面共轭凸轮轮廓尺寸，也即分别通过第一激光测量头和第二激光测量头对平面共轭凸轮的周向内外侧表面在做左右向(也即X方向)的往复运动的同时进行測量，而得到相应的e i位置的2组Ilxj和I2xj轴向轮廓线数据，通过对每组数据“去极值”和“平均值”数据滤波最終得出该0 i位置的Ili和l2i，有效避免了传统“点測”的测量误差，进ー步提高了測量精度。(5)、本发明的采用激光测量头非接触式測量，延长了检测装置的使用寿命，而且检测效率高，检测精度高。
图1为采用本发明盘形凸轮轮廓检测方法的凸轮加工检测设备的结构示意图2为图1中的工作台机构的俯视示意图；图3为本发明的平面共轭凸轮轮廓检测方法同时测量平面共轭凸轮毛坯内外轮廓时的测量原理示意图，图中的第一激光测量头和第二激光测量头在X方向上均位于测量的一个设定的起始位置；图3的观察方向与图1的A向相同；图4为图3中的第一激光测量头测量平面共轭凸轮外轮廓的示意图，图中的第一激光测量头位于测量的一个设定的終止位置；图5为图3所示的检测磨削装置在对平面共轭凸轮的内轮廓进行在线测量的示意图；图6为图3所示的检测磨削装置在对平面共轭凸轮的外轮廓进行在线测量的示意图；图7为控制系统的示意图；图8为从图1的右方观察时加工好的平面共轭凸轮的示意图。上述附图中的标记如下:凸轮加工检测设备1，机身11，工作台机构12，X轴底座12-1，Y轴底座12-2，连接座12-3，工作台12-4，X轴直线电机12-5，定子12-5-1，动子12-5-2，Y轴直线电机12_6，定子12_6_1，动子12_6_2，X轴直线导轨12-7，Y轴直线导轨12-8，X轴直线导轨滑块12-9，Y轴直线导轨滑块12-10，X轴移动检测光栅12-11，Y轴移动检测光栅12-12，凸轮旋转机构13，主立柱13-1，第一交流伺服电机13-2，減速箱13-3，角度编码器
13-4，固定螺母13-5，检测磨削装置10，磨削机构14，磨削工作台14-1，第二交流伺服电机14-2，调速箱
14-3，砂轮磨头14-4，在线检测装置15，凸轮外轮廓在线检测装置15a，第一激光测量头15_1，第一直线电机15-3,定子15-3-1,动子15-3-2,第一直线电机驱动器15-5,第一连接测量杆15-7,凸轮内轮廓在线检测装置15b，第二激光测量头15-2，第二直线电机154，定子15-4-1，动子
15-4-2，第二直线电机驱动器15-6，第二连接测量杆15-9，平面共轭凸轮100。
具体实施例方式本发明的方位的描述按照图1所示的方位进行，也即图1所示的上下左右方向即为描述的上下左右方向，图1所朝的一方为前方，背离图1的一方为后方。(实施例1)见图1和图2，本实施例的凸轮加工检测设备I包括控制系统、检测磨削装置10、机身11、移动工作台机构12和凸轮旋转机构13。移动工作台机构12设置在机身11上能相对于机身11在X-Y平面上运动，所述X-Y平面为与水平面呈任意夹角的平面(本实施例为水平面，即与水平面的夹角为0度)，并且所进行的运动由控制系统控制。凸轮旋转机构13固定设置在工作台机构12上且其动作由控制系统控制、检测磨削装置10固定设置在机身11上且其动作由控制系统控制。见图1和图2，工作台机构12包括X轴底座12_1、Y轴底座12_2、连接座12_3、エ作台12-4、X轴直线电机12-5、Y轴直线电机12-6、X轴直线导轨12_7、Y轴直线导轨12_8、X轴直线导轨滑块12-9、Y轴直线导轨滑块12-10、X轴移动检测光栅12-11和Y轴移动检测光栅12-12。X轴底座12-1设置在机身11上，Y轴底座12-2通过连接座12-3与X轴底座12-1呈相互垂直设置。X轴直线导轨滑块12-9设置在连接座12-3的下侧上，X轴直线导轨12-7沿X向设置在X轴底座12-1上侧上，X轴直线导轨滑块12-9从上方向下滑动配合设置在X轴直线导轨12-7上。X轴直线电机12-5的动子12-5-2固定设置在X轴底座12-1上侧上，X轴直线电机12-5的定子12-5-1固定设置在连接座12-3的下侧上。通过X轴直线电机12-5驱动连接座12-3沿X向水平运动。X轴移动检测光栅12-11设置在X轴直线导轨12-7的相应部位上与X轴直线电机12-5构成闭环控制，用来检测连接座12-3的X轴位移。本实施例的X轴移动检测光栅12-11采用长春光机数显公司SGC系列封闭式光柵。Y轴直线导轨12-8沿Y向设置在Y轴底座12-2下侧上，Y轴直线导轨滑块12-10设置在连接座12-3的上侧上，Y轴直线导轨滑块12-10从下向上滑动配合设置在Y轴直线导轨12-8上。Y轴直线电机12-6的动子12-6-2固定设置在连接座12_3的上侧上，Y轴直线电机12-6的定子12-6-1固定设置在Y轴底座12-2的下侧上。通过Y轴直线电机12_6驱动Y轴底座12-2沿Y向水平运动。工作台12-4固定设置在Y轴底座12_2上侧上。Y轴移动检测光栅12-12设置在Y轴直线导轨12-8的相应部位上与Y轴直线电机12-6构成闭环控制，用来检测Y轴底座12-2的Y轴位移。本实施例的Y轴移动检测光栅12-12采用长春光机数显公司SGC系列封闭式光栅。本实施例的X轴移动检测光栅12-11和Y轴移动检测光栅12-12均采用长春光机数显公司SGC系列封闭式光栅。本实施例中X轴直线电机12-5和Y轴直线电机12-6均采用科尔摩根公司的直接驱动直线电机(DDL)系列。见图1，凸轮旋转机构13包括主立柱13-1、第一交流伺服电机13-2、减速箱13_3、角度编码器13-4和固定螺母13-5。主立柱13-1铅垂固定设置在工作台机构12的工作台12-4上。第一交流伺服电机13-2固定设置在主立柱13-1上。减速箱13-3固定设置在主立柱13-1上。减速箱13-3的输出轴沿X向设置，且朝向右方。角度编码器13-4同轴设置在输出轴的左端上，本实施例的角度编码器13-4采用无锡瑞普ZKTll系列光电编码器。固定螺母13-5旋合在输出轴的右端上，并将平面共轭凸轮100夹紧固定在输出轴右端相应部位上。由第一交流伺服电机13-2驱动减速箱13-3并通过減速箱13-3的输出轴带动平面共轭凸轮100绕C轴旋转，由角度编码器13-4測量平面共轭凸轮100的旋转角度。见图1、图3、图5和图6，检测磨削装置10包括磨削机构14和在线检测装置15。磨削机构14包括磨削工作台14-1、第二交流伺服电机14-2、调速箱14-3和砂轮磨头14-4。磨削工作台14-1固定设置在机身11上。调速箱14-3固定在磨削工作台14-1上，调速箱
14-3的输出轴沿X向设置，且朝向左方。砂轮磨头14-4固定设置在调速箱14-3的输出轴的左端上。第二交流伺服电机14-2固定设置在磨削工作台14-1上，第二交流伺服电机14-2与调速箱14-3的输入轴连接，由第二交流伺服电机14-2驱动调速箱14-3并通过调速箱
14-3的输出轴带动砂轮磨头14-4转动，并由控制系统控制第二交流伺服电机14-2的转速来调节砂轮磨头14-4的磨削加工速度。本实施例中的第一交流伺服电机和第二交流伺服电机均采用施耐德公司的Lexium23D系列交流伺服电机。见图1、图3、图5和图6，在线检测装置15包括凸轮外轮廓在线检测装置15a和凸轮内轮廓在线检测装置15b。凸轮外轮廓在线检测装置15a包括第一激光测量头15-1、第一直线电机15-3和第一直线电机驱动器15-5。第一直线电机15-3由其定子15-3-1固定设置在磨削机构14的磨削工作台14-1的后侧上。第一激光测量头15-1通过第一连接测量杆15-7固定设置在第一直线电机15-3的动子15-3-2上，由控制系统通过第一直线电机驱动器15-5控制第一直线电机15-3的动子15-3-2带动第一激光测量头15_1进行X向移动测量平面共轭凸轮100的外轮廓尺寸。凸轮内轮廓在线检测装置15b包括第二激光测量头15-2、第二直线电机15-4和第二直线电机驱动器15-6。第二直线电机15-4由其定子
15-4-1固定设置在磨削机构14的磨削工作台14-1的前侧上。第二激光测量头15-2通过第二连接测量杆15-9固定设置在第二直线电机15-4的动子15-4-2上，由控制系统通过第二直线电机驱动器15-6控制第二直线电机15-4的动子15-4-2带动第二激光测量头15_2进行X向移动测量平面共轭凸轮100的内轮廓尺寸。第一激光测量头15-1、第二激光测量头15-2与磨削机构14的砂轮磨头144处于同一 X-Y平面上，且三者的轴线相互平行，并且平面共轭凸轮100的轴线位于X-Y平面上。本实施例的第一激光测量头15-1和第二激光测量头15-2均采用美国Banner公司L-GAGE LH系列激光测距位移传感器，该传感器测量精度最小能达到I U m。本实施例中的第一直线电机和第二直线电机均采用科尔摩根公司的直接驱动直线电机(DDL)系列。由凸轮内轮廓检测装置15b的第二激光测量头15-2沿平面共轭凸轮100的轴向做往复运动并对平面共轭凸轮100内轮廓轴向上的轮廓线进行测量；由凸轮外轮廓检测装置15a的第一激光测量头15-1在平面共轭凸轮100的轴向上做往复运动并对平面共轭凸轮100外轮廓轴向上的轮廓线进行测量，当凸轮旋转一周，则检测磨削装置10能对平面共轭凸轮100的内外轮廓的尺寸在周向上进行在线检测。见图7，控制系统包括高速计数卡、激光位移传感器采集卡、运动控制卡、エ控机、PLC、开关量检测控制模块、故障检测模块和触摸屏人机接ロ。本实施例的高速计数卡采用研华公司PC1-1784U，激光位移传感器采集卡采用研华公司PC1-1710HGU，运动控制卡采用研华公司PC1-1245，エ控机采用研华ARK系列嵌入式エ控机，PLC采用施耐德公司的M258高性能PLC。X轴移动检测光栅12-11、Y轴移动检测光栅12-12和角度编码器13_4与高速计数卡信号电连接，高速计数卡与エ控机信号电连接。高速计数卡用于采集X轴移动检测光栅12-11和Y轴移动检测光栅12-12检测的XY轴位移信号和角度编码器13-4检测的平面共轭凸轮100旋转角度信号，再把采集的信号输入到エ控机。第一激光测量头21和第二激光测量头22与激光位移传感器采集卡信号电连接，激光位移传感器采集卡与エ控机信号电连接。激光位移传感器采集卡用于采集第一激光测量头15-1实时检测的第一激光测量头21与平面共轭凸轮100外轮廓之间的距离信号和第ニ激光测量头15-2实时检测的第二激光测量头22与平面共轭凸轮100内轮廓之间的距离信号，并将信号输入到エ控机。X轴直线电机驱动器、Y轴直线电机驱动器、第一交流伺服电机13-2、第二交流伺服电机14-2、第一直线电机驱动器15-5和第二直线电机驱动器15-6与运动控制卡信号电连接。运动控制卡通过X轴直线电机驱动器控制X轴直线电机12-5的动作，进而控制工作台12-4在X向上的动作；运动控制卡通过Y轴直线电机驱动器控制Y轴直线电机12-6的动作，进而控制工作台12-4在Y向上的动作。运动控制卡通过第一交流伺服电机驱动器控制第一交流伺服电机13-2的动作，进而控制平面共轭凸轮100绕C轴旋转动作。运动控制卡通过第二交流伺服电机驱动器控制第二交流伺服电机14-2的动作，进而控制砂轮磨头
14-4的动作。运动控制卡通过第一直线电机驱动器15-5控制第一直线电机15-3动作,进而控制第一激光测量头15-1在X向上的动作。运动控制卡通过第而直线电机驱动器26控制第而直线电机15-4动作，进而控制第而激光测量头15-2在X向上的动作。运动控制卡与エ控机信号电连接。エ控机通过通讯接ロ与PLC相连。故障检测模块与PLC信号电连接；开关量检测控制模块与PLC双向信号电连接；触摸屏人机接ロ与PLC双向信号电连接。见图3和图4，第一激光测量头15-1与砂轮磨头14-4的轴线的基准间距为Lw，第二激光测量头15-6与砂轮磨头14-4的轴线的基准间距为Ls，在所述平面共轭凸轮100的旋转角度为9 i时，平面共轭凸轮100的安装轴线与砂轮磨头14-4的轴线的间距为lui，平面共轭凸轮100端面与磨削工作台14-1Y轴线的间距为Ivi，在线测量的平面共轭凸轮100的外轮廓与第一激光测量头15-1的间距测量值为Ili，在线测量的平面共轭凸轮100内轮廓与第二激光测量头15-2的间距测量值为l2i，0° く Qi < 360°，0,360/11，
i=l, 2,3......，n ;n为平面共轭凸轮100旋转一周的过程中同时检测0 ^lli和I2i测量值
的次数，n的值越大，测得的平面共轭凸轮100内外轮廓的极坐标径向尺寸数据越精确。见图3至图8，上述凸轮加工检测设备I对平面共轭凸轮(特殊的盘形凸轮)的轮廓检测方法包括以下步骤:①、平面共轭凸轮内外轮廓尺寸在线测量:第一激光测量头15-1与第二激光测量头15-2的初始位置在X轴方向各自直线电机定子X1处，并且使第一激光测量头15-1与第ニ激光测量头15-2处于同一沿前后向设置的铅垂面上。通过工作台机构12沿X轴Y轴运动带动凸轮旋转机构13使 待加工的毛坯平面共轭凸轮100进入测量位置lui>Ls，Ivi=X1且lvi<x2进行测量。使平面共轭凸轮100旋转I周以每个e i角度均分做“间歇旋转”运动，间歇旋转周期tl，在每个间歇旋转周期tl，第一激光测量头15-1与第二激光测量头15-2分别也可同时在平面共轭凸轮100的轴向轮廓线上做快速往复运动进行測量；第一激光测量头15-1与第二激光测量头15-2的往复直线运动的速度为3000毫米/分至10000毫米/分；第一激光测量头15-1与第二激光测量头15-2在平面共轭凸轮100的轴向轮廓线上测量一次的时间均为t2为0.12秒至2秒。间歇旋转周期tl彡t2。②、測量时以平面共轭凸轮100任意位置e i为测量零点，測量使平面共轭凸轮100旋转I周以每个e i角度均分做旋转运动，在每个凸轮旋转过程，第一激光测量头15-1与第二激光测量头15-2分别在平面共轭凸轮100的轴向轮廓线上做快速往复运动进行测量。第一激光测量头15-1测得此Qi位置的I组Ib0.轴向外轮廓线数据，第二激光测量头
15-2测得此0i位置的I组I2jy.轴向内轮廓线数据，其中j为激光测量头在轴向轮廓线的采样次数，通过对每组数据“去极值”和“平均值”数据滤波最終得出该0 i位置的Ili和l2i。这种“激光扫描线测”平面共轭凸轮轮廓尺寸的測量方法可避免传统“点測”的测量误差，有效提闻测量精度。通过上述方法测得平面共轭凸轮100外轮廓和内轮廓的每个Qi角度位置的Ili和I2i,以及平面共轭凸轮100的安装轴线与砂轮磨头14-4轴线的间距坐标Iui，可计算得出平面共轭凸轮100的外轮廓极坐标径向尺寸P 0 ^=IuJLw-1li ;平面共轭凸轮100的内轮廓极坐标径向尺寸P2(ei)=lu1-Ls+l2i。将所述的P1(Qi)和P2(Qi)与要加工的平面共轭凸轮100的外内轮廓极坐标径向尺寸P1=P (0)和p2=p (0)相比较，得出加工误差和加
エ余量。将测得的平面共轭凸轮100外轮廓极坐标径向尺寸最大值P lmax ( 9 i)点作为平面共轭凸轮100磨削的加工零点，此时重新定义此处的加工零点尺寸0 i= 0 C1，外轮廓Ili=Iltl,内轮廓I2i=I2Cl,控制平面共轭凸轮100旋转定位于平面共轭凸轮100转角e C1、外轮廓Iltl和内轮廓120，则平面共轭凸轮100位于加工零点。(实施例2)本实施例其余与实施例1相同，仍采用实施例1所述的凸轮加工检测设备1，其不同之处在于:本实施例是对盘形外凸轮的轮廓进行检测，由控制系统通过第一直线电机驱动器15-5控制第一直线电机15-3的动子15-3-2带动第一激光测量头15_1进行X向移动测量盘形外凸轮的外轮廓尺寸；第一激光测量头15-1与砂轮磨头14-4的轴线的基准间距为Lw，在所述盘形外凸轮的旋转角度为0 j时，盘形外凸轮的安装轴线与砂轮磨头14-4的轴线的间距为Iui，盘形外凸轮端面与磨削工作台14-1Y轴线的间距为Ivi，在线测量的盘形外凸轮的外轮廓与第一激光测量头15-1的间距测量值为Ili,0° ( Qi < 360°，0,360/
n, i=l, 2,3......，n ;n为盘形外凸轮 旋转一周的过程中同时检测9 ,和Ili测量值的次数；
盘形外凸轮轮廓检测方法包括以下步骤:①、第一激光测量头15-1的初始位置在X轴方向其直线电机定子X1处，并且使第ー激光测量头15-1与第二激光测量头15-2处于同一沿前后向设置的铅垂面上。通过工作台机构12沿X轴Y轴运动带动凸轮旋转机构13使待加工的毛坯盘形外凸轮进入測量位置lui>Ls, Ivi=X1 且 lvi〈x2 进行测量。使盘形外凸轮旋转I周以每个0 i角度均分做“间歇旋转”运动，在每个间歇旋转周期tl，第一激光测量头15-1同时在盘形外凸轮的轴向轮廓线上做快速往复运动进行测量;第一激光测量头15-1的往复直线运动的速度为3000毫米/分至10000毫米/分；第一激光测量头15-1在盘形外凸轮的轴向轮廓线上测量一次的时间t3为0.12秒至2秒。间歇旋转周期tl彡t3。②、測量时以盘形外凸轮任意位置e i为测量零点，測量使盘形外凸轮旋转I周以每个e i角度均分做旋转运动，在每个凸轮旋转过程，第一激光测量头15-1在盘形外凸轮的轴向轮廓线上做快速往复运动进行測量。第一激光测量头15-1测得此e i位置的I组Ibd轴向外轮廓线数据，其中j为激光測量头在轴向轮廓线的采样次数，通过对每组数据“去极值”和“平均值”数据滤波最終得出该Qi位置的。这种“激光扫描线测”盘形外凸轮轮廓尺寸的測量方法可避免传统“点測”的测量误差，有效提高測量精度。通过上述方法测得盘形外凸轮外轮廓的每个e i角度位置的Ili,以及盘形外凸轮的安装轴线与砂轮磨头14-4轴线的间距坐标Iui，可计算得出盘形外凸轮的外轮廓极坐标径向尺寸P 0 J=IudLw-1li;将所述的P e i)与要加工的盘形外凸轮的外轮廓极坐标径向尺寸P i=p (0)相比较，得出加工误差和加工余量。以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换和变化，具体应用过程中还可以根据上述实施例的启发进行相应的改造，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围之内。
权利要求
1.一种盘形凸轮轮廓检测方法，由凸轮加工检测设备(I)对盘形凸轮的轮廓进行检测，所述的盘形凸轮为盘形外凸轮；其特征在于:所述的凸轮加工检测设备(I)包括控制系统、机身(11 )、设置在机身(11)上的可沿X轴Y轴运动的工作台机构(12)、固定设置在工作台机构(12)上的凸轮旋转机构(13)和固定设置在机身(11)上的检测磨削装置(10);所述控制系统控制工作台机构(12)、凸轮旋转机构(13)和检测磨削装置(10)的动作；检测磨削装置(10)包括磨削机构(14)和在线检测装置(15); 在线检测装置(15)包括凸轮外轮廓在线检测装置(15a);凸轮外轮廓在线检测装置(15a)包括第一激光测量头(15-1)、第一直线电机(15-3)和第一直线电机驱动器(15_5)；第一直线电机(15-3)由其定子(15-3-1)固定设置在磨削机构(14)上；第一激光测量头(15-1)通过第一连接测量杆(15-7)固定设置在第一直线电机(15-3)的动子(15-3-2)上，由控制系统通过第一直线电机驱动器(15-5)控制第一直线电机(15-3)的动子(15-3-2)带动第一激光测量头(15-1)进行X向移动测量盘形外凸轮的外轮廓尺寸；第一激光测量头(15-1)与磨削机构(14)的砂轮磨头(14-4)的轴线相互平行； 第一激光测量头(15-1)与砂轮磨头(14-4)的轴线的基准间距为Lw，在所述盘形外凸轮的旋转角度为Θ i时，盘形外凸轮的安装轴线与砂轮磨头(14-4)的轴线的间距为Iui，盘形外凸轮端面与磨削工作台(14-1) Y轴线的间距为Ivi，在线测量的盘形外凸轮的外轮廓与第一激光测量头(15-1)的间距测量值为Ili,0° ( Θ j ^ 360 °，Θ i=360/n,i=l, 2,3......，η ;n为盘形外凸轮旋转一周的过程中同时检测Θ ,和Ili测量值的次数； 上述凸轮加工检测设备(I)的盘形外凸轮轮廓检测方法具有以下步骤: ①、由检测磨削装置(10)的在线检测装置(15)对盘形外凸轮外轮廓尺寸在线测量；第一激光测量头(15-1)的初始位置在X轴方向其直线电机定子X1处；使盘形外凸轮旋转I周以每个Θ i角度均分做“间歇旋转”运动，间歇旋转周期tl，在每个间歇旋转周期，第一激光测量头(15-1)同时在盘形外凸轮的轴向轮廓线上做快速往复运动进行测量；第一激光测量头(15-1)的往复直线运动的速度为3000毫米/分至10000毫米/分；第一激光测量头(15-1)在盘形外凸轮的轴向轮廓线上测量一次的时间为t3 ;所述间歇旋转周期tl ^ t3 ； ②、测量时以盘形外凸轮任意位置Θi为测量零点，测量使盘形外凸轮旋转I周以每个Θ i角度均分做旋转运动，在每个凸轮旋转过程，第一激光测量头(15-1)在盘形外凸轮的轴向轮廓线上做快速往复运动进行测量；第一激光测量头(15-1)测得此Θ i位置的I组Ilxj轴向外轮廓线数据，其中j为激光测量头在轴向轮廓线的采样次数，通过对每组数据“去极值”和“平均值”数据滤波最终得出该Θ i位置的Ili ； 通过上述方法测得盘形外凸轮外轮廓的每个Θ i角度位置的Ili,以及盘形外凸轮的安装轴线与砂轮磨头(14-4)轴线的间距坐标lui，可计算得出盘形外凸轮的外轮廓极坐标径向尺寸P1P i) =Iu^Lw-1li ;将所述的P从Θ J与要加工的盘形外凸轮的外轮廓极坐标径向尺寸P 1=p ( Θ )相比较，得出加工误差和加工余量。
2.根据权利要求1所述的盘形凸轮轮廓检测方法，其特征在于:所述步骤①中的第一激光测量头(15-1)在盘形外凸轮的轴向轮廓线上测量一次的时间t3为0.12秒至2秒。
3.一种盘形凸轮轮廓检测方法，由凸轮加工检测设备(I)对盘形凸轮的轮廓进行检测，所述的盘形凸轮为平面共轭凸轮；其特征在于:所述的凸轮加工检测设备(I)包括控制系统、机身(11 )、设置在机身(11)上的可沿X轴Y轴运动的工作台机构(12)、固定设置在工作台机构(12)上的凸轮旋转机构(13)和固定设置在机身(11)上的检测磨削装置(10);所述控制系统控制工作台机构(12)、凸轮旋转机构(13)和检测磨削装置(10)的动作；检测磨削装置(10)包括磨削机构(14)和在线检测装置(15); 磨削机构(14)包括砂轮磨头(14-4);在线检测装置(15)包括凸轮外轮廓在线检测装置(15a)和凸轮内轮廓在线检测装置(15b);凸轮外轮廓在线检测装置(15a)包括第一激光测量头(15-1)、第一直线电机(15-3)和第一直线电机驱动器(15-5);第一直线电机(15_3)由其定子(15-3-1)固定设置在磨削机构(14)上；第一激光测量头(15-1)通过第一连接测量杆(15-7)固定设置在第一直线电机(15-3)的动子(15-3-2)上，由控制系统通过第一直线电机驱动器(15-5)控制第一直线电机(15-3)的动子(15-3-2)带动第一激光测量头(15-1)进行X向移动测量平面共轭凸轮(100)的外轮廓尺寸；凸轮内轮廓在线检测装置(15b)包括第二激光测量头(15-2)、第二直线电机(15-4)和第二直线电机驱动器(15-6)；第二直线电机(15-4)由其定子(154-1)固定设置在磨削机构(14)的上；第二激光测量头(15-2)通过第二连接测量杆(15-9)固定设置在第二直线电机(15-4)的动子(15-4-2)上，由控制系统通过第二直线电机驱动器(15-6)控制第二直线电机(15-4)的动子(15-4-2)带动第二激光测量头(15-2)进行X向移动测量平面共轭凸轮(100)的内轮廓尺寸；第一激光测量头(15-1 )、第二激光测量头(15-2)与磨削机构(14)的砂轮磨头(14-4)处于同一 XY平面上，且三者的轴线相互平行，并且平面共轭凸轮(100)的轴线位于X-Y平面上； 第一激光测量头(15-1)与砂轮磨头(14-4)的轴线的基准间距为Lw，第二激光测量头(15-6)与砂轮磨头(14-4)的轴线的基准间距为Ls，在所述平面共轭凸轮(100)的旋转角度为Θ i时，平面共轭凸轮(100)的安装轴线与砂轮磨头(14-4)的轴线的间距为Iui，平面共轭凸轮(100)端面与磨削工作台(14-1) Y轴线的间距为Ivi，在线测量的平面共轭凸轮(100)的外轮廓与第一激光测量头(15-1)的间距测量值为Ili，在线测量的平面共轭凸轮(100)内轮廓与第二激光测量头(15-2)的间距测量值为l2i，0° ( ΘΑ 360。，Θ i=360/n, i=l, 2,3......，n ;n为平面共轭凸轮(100)旋转一周的过程中同时检测Θ ^lli和I2i测量值的次数； 上述凸轮加工检测设备(I)的平面共轭凸轮轮廓检测方法具有以下步骤: ①、第一激光测量头(15-1)与第二激光测量头(15-2)的初始位置在X轴方向各自直线电机定子X1处，并且使第一激光测量头(15-1)与第二激光测量头(15-2)处于同一沿前后向设置的铅垂面上；通过工作台机构(12)沿X轴Y轴运动带动凸轮旋转机构(13)使待加工的平面共轭凸轮(100)进入测量位置lui>Ls，Ivi=X1且lvi〈x2进行测量； 由检测磨削装置(10)的在线检测装置(15)对平面共轭凸轮(100)内外轮廓尺寸在线测量；使平面共轭凸轮(100)旋转I周以每个Θ i角度均分做“间歇旋转”运动，间歇旋转周期tl，在每个间歇旋转周期，第一激光测量头(15-1)与第二激光测量头(15-2)分别也可同时在平面共轭凸轮(100)的轴向轮廓线上做快速往复运动进行测量；第一激光测量头(15-1)与第二激光测量头(15-2)分别在平面共轭凸轮(100)的轴向内外轮廓线上做快速往复运动进行测量；第一激光测量头(15-1)与第二激光测量头(15-2)的往复直线运动的速度为3000毫米/分至10000毫米/分；第一激光测量头(15-1)与第二激光测量头(15-2)在平面共轭凸轮(100)的轴向轮廓线上测量一次的时间均为t2 ;所述间歇旋转周期tl ≥ t2 ;②、测量时以平面共轭凸轮(100)任意位置Qi为测量零点，测量使平面共轭凸轮(100)旋转I周以每个Θ i角度均分做旋转运动，在每个凸轮旋转过程，第一激光测量头(15-1)与第二激光测量头(15-2)分别在平面共轭凸轮(100)的轴向轮廓线上做快速往复运动进行测量；第一激光测量头(15-1)测得此Θ i位置的I组Iw轴向外轮廓线数据，第二激光测量头(15-2)测得此Θ i位置的I组I2xj轴向内轮廓线数据，其中j为激光测量头在轴向轮廓线的采样次数，通过对每组数据“去极值”和“平均值”数据滤波最终得出该Θ i位置的Ili和I2i ； 通过上述方法测得平面共轭凸轮(100)外轮廓和内轮廓的每个Θ i角度位置的Ili和I2i,以及平面共轭凸轮(100)的安装轴线与砂轮磨头(14-4)轴线的间距坐标Iui，可计算得出平面共轭凸轮(100)的外轮廓极坐标径向尺寸P1(Qi)=IuJLw-1li ;平面共轭凸轮(100)的内轮廓极坐标径向尺寸P2(Gi)=Iu1-LJl2i ;将所述的P1(Qi)和ρ2(θ J与要加工的平面共轭凸轮(100)的外内轮廓极坐标径向尺寸P1=P (Θ)和ρ2=ρ (Θ)相比较，得出加工误差和加工余量。
4.根据权利要求3所述的盘形凸轮轮廓检测方法，其特征在于:所述步骤①中的第一激光测量头(15-1)与第二激光测量头(15-2)在平面共轭凸轮(100)的轴向轮廓线上测量一次的时间t2为0.12秒至2秒。
全文摘要
本发明公开了一种盘形凸轮轮廓检测方法，该方法能适应不同的盘形凸轮轮廓的检测，尤其可以用于平面共轭凸轮的内外轮廓的检测。采用的凸轮加工检测设备包括控制系统、机身、工作台机构、凸轮旋转机构和检测磨削装置。所述控制系统控制工作台机构、凸轮旋转机构和检测磨削装置的动作。在线检测装置包括凸轮外轮廓在线检测装置和凸轮内轮廓在线检测装置。凸轮外轮廓在线检测装置由控制系统通过第一直线电机驱动器控制第一直线电机的动子带动第一激光测量头进行X向移动测量平面共轭凸轮的外轮廓尺寸。凸轮内轮廓在线检测装置由控制系统通过第二直线电机驱动器控制第二直线电机的动子带动第二激光测量头进行X向移动测量平面共轭凸轮的内轮廓尺寸。
文档编号B24B49/12GK103111941SQ20131004882
公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月7日 优先权日2013年2月7日
发明者郭建江, 张建生, 沈洪雷, 庄志红 申请人:常州工学院